1060铝搅拌摩擦焊流场的数值模拟

发布时间：2019-12-02 21:35

【摘要】：本文研究内容是1060铝搅拌摩擦焊塑性金属的流动,首先通过单因素试验做不同参数的1060铝搅拌摩擦焊试验,分析试验结果,得出试验参数较好值进行温度场和流场的模拟。其次建立三维稳态流场模型,得出搅拌摩擦焊流场,着重分析各截面流场的塑性金属流动情况,用焊接试验结果验证流场结果。流场的流动离不开搅拌头摩擦所产生的温度,所以接着也建立了温度场模型并分析了搅拌摩擦焊温度场。受试验中改变参数来获取不同参数对焊接结果的影响成本较大和一些不具备试验条件等限制,本文是通过模拟参数和搅拌头形状的改变获取不同流场流动的结果。主要内容分为如下部分:使用三组不同的焊接速度和搅拌头旋转速度进行焊接试验,观察焊缝表面成形情况,得出试验焊接效果较好值参数。分析不同焊接参数对焊缝表面成形的影响。对搅拌摩擦焊结果中出现的缺陷分析机理。观察焊接效果较好值金相组织并进行力学性能测试。通过计算流体力学软件FLUENT建立了1060铝搅拌摩擦焊流场有限元模型,利用数值模拟对材料的塑型金属三维流场进行了研究。结果表明厚度方向上随着离轴肩距离的增大,塑型金属流动速度逐渐减弱,流动越不充分。纵截面流场各处速度方向多处发生改变。横截面速度场并不对称,返回边的速度比前进边的速度大。通过库伦摩擦产热机制推导搅拌头各处产热模型公式,利用Fluent对焊接稳态的温度场进行了研究。结果表明轴肩对工件的摩擦是主要产热方式,温度分布不关于焊缝对称。通过对铝合金搅拌摩擦焊塑性金属流动的研究,获取焊接参数和搅拌头形状对流场流动影响的规律,对缩小焊接参数,得到良好焊接接头的综合性能,有重大的意义。改变焊接参数范围,通过模拟结果分析各参数对搅拌头附近塑性金属流动的影响,研究发现:焊接速度对塑性金属流动影响不大,旋转速度的改变能极大地影响塑性金属流动。搅拌头参数改变主要是轴肩和搅拌针形状的改变,结果发现同心圆轴肩和螺纹搅拌针能带动塑性金属的流动。
【图文】：

摩擦焊的原理解决常规熔焊难以焊接低熔点铝合金等金属的问题，1991 年，英国明了一种新型固相焊接方法——搅拌摩擦焊。原理如图 1.1 所示。地固定在工作台上，防止焊接过程中出现松动和表面的隆起变形，转，在主机推动下缓缓靠近工件，并旋转进入，直至轴肩与工件紧头原地旋转轴肩与工件摩擦生热，一定时间直到搅拌头塑性金属达搅拌头向前运动，塑性金属受到搅拌针的挤压，向上向后迁移。向阻碍作用，保证不会溢出。向后填补由于搅拌头行走留下的瞬时空反应，最终形成固相焊缝。搅拌头通过搅拌摩擦作用使得金属塑化可实现多种接头形式的焊接，接头处的综合性能优良。

图 2.1 圆柱形搅拌头前的准备工作两工件完美对接，应先将两接触面用铣刀铣平整。并且由于搅拌向前行进，为防止对接接头在焊接过程中松开，必须对工件进行装牢牢地固定在夹具上。装夹时一定要保证对接处无间隙且工件必须时移动。在工作平台上将工件固定牢靠，搅拌摩擦焊插入阶段，搅缓慢的进入待焊母材，，旋转一定时间后，以一定的焊接速度向前方验参数。参数的选择表 2.2 焊接工艺参数 转速（rpm） 移动速度(mm/min) 下压量500651.0
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG453.9

【参考文献】

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本文编号：2568913